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非最小相位高超声速飞行器的动态滑模镇定控制

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国防科技大学学报 2024年

作者：王雨潇丰航赵昱宇孙明玮南开大学人工智能学院中国民航大学电子信息与自动化学院

针对高超声速飞行器非最小相位特性带来的零动态不稳定问题，提出基于B-I(Byrnes-Isidori) 标准型的模型变换方法，实现系统内外动态的解耦。设计了一种动态积分滑模镇定控制方法，构建包含内、外部状态和动态参数变量的增广系统。提出... 详细信息

针对高超声速飞行器非最小相位特性带来的零动态不稳定问题，提出基于B-I(Byrnes-Isidori) 标准型的模型变换方法，实现系统内外动态的解耦。设计了一种动态积分滑模镇定控制方法，构建包含内、外部状态和动态参数变量的增广系统。提出滑模控制参数整定方法实现增广系统的闭环极点配置，使得不同工况和摄动条件下增广系统保持动态稳定，同时外部输出误差平衡点始终为零。所提出方法可实现在外部输出精确跟踪的同时镇定不稳定零动态，实现非最小相位高超声速飞行器的纵向轨迹稳定跟踪控制。给出了控制方法的Lyapunov稳定性证明，并进行了恒动压轨迹跟踪和蒙特卡罗仿真。仿真结果表明，动态积分滑模控制方法在摄动条件下保持了较好的跟踪精度和鲁棒性，同时可以有效地镇定系统零动态。

关键词：高超声速飞行器非最小相位零动态 Byrnes-Isidori标准型动态积分滑模控制

工程教育专业认证背景下“自动控制原理”课程教学方法探索

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科教导刊 2024年第15期 109-111页

作者：王雨潇赵昱宇李宗帅中国民航大学天津300300

自动控制原理是控制学科的核心基础课程,在自动化等专业的课程体系中起着极为重要的作用。针对目前课程中存在的课程内容多、难度大,学生基础与需求不统一,课程内容缺乏实践和创新等问题,文章从工程教育专业认证背景出发,结合新时代、... 详细信息

自动控制原理是控制学科的核心基础课程,在自动化等专业的课程体系中起着极为重要的作用。针对目前课程中存在的课程内容多、难度大,学生基础与需求不统一,课程内容缺乏实践和创新等问题,文章从工程教育专业认证背景出发,结合新时代、新环境和新工科理念,从多层次立体教学、改善教学方法、改革课程设计和加强反馈迭代等方面,对自动控制原理课程教学方法进行了探索性改革。

关键词：自动控制原理工程认证产出导向持续改进

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基于微分平坦的高超声速飞行器跟踪控制方法

系统工程与电子技术 2023年

作者：赵昱宇索超王雨潇中国民航大学电子信息与自动化学院

高超声速飞行器跟踪控制存在控制相对阶较高、过程状态约束强等问题。提出基于微分平坦的高超声速飞行器跟踪控制和外环跟踪控制方法，避免串级自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control， ADRC)等控制方法带来的鲁棒性问题，... 详细信息

高超声速飞行器跟踪控制存在控制相对阶较高、过程状态约束强等问题。提出基于微分平坦的高超声速飞行器跟踪控制和外环跟踪控制方法，避免串级自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control， ADRC)等控制方法带来的鲁棒性问题，同时微分平坦将过程状态和控制输入映射为关于平坦输出的函数，在模型线性化的同时实现了轨迹规划的约束降维。针对不确定性较强的姿控内环，搭配ADRC从而避免微分高阶模型推导下的微分爆炸问题，同时ADRC不依赖于精确模型信息，提升了控制系统鲁棒性。仿真结果表明，微分平坦和ADRC互补对方缺陷，具有良好的控制性能和鲁棒性。

关键词： ADRC 微分平坦高超声速飞行器轨迹跟踪姿态控制

基于BSVAR的航空发动机剩余使用寿命预测方法

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北京航空航天大学学报 2023年

作者：赵昱宇索超王雨潇中国民航大学电子信息与自动化学院

剩余使用寿命(RUL)的准确预测对航空发动机的稳定性、可靠性和安全性至关重要。针对现有RUL预测方法无法充分挖掘传感器数据退化特征的问题，提出一种深度学习模型(BSVAR)方法用于RUL预测。采用双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)与基于自注... 详细信息

剩余使用寿命(RUL)的准确预测对航空发动机的稳定性、可靠性和安全性至关重要。针对现有RUL预测方法无法充分挖掘传感器数据退化特征的问题，提出一种深度学习模型(BSVAR)方法用于RUL预测。采用双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)与基于自注意力机制的变分自编码器(SVAE)提取传感器数据的深层次退化信息；基于变分推理对传感器数据具有的退化特征进行聚类，生成潜在空间；将Bi-LSTM、SVAE和回归器相结合建立RUL预测模型，充分提取传感器数据的退化特征，提升RUL预测精度。在航空发动机C-MAPSS数据集上进行实验验证，实验结果表明：所提方法可以在潜在空间中标记发动机的退化进程；相比于现有的RUL预测方法具有更高的预测精度。

关键词：剩余使用寿命预测变分自编码器深度学习退化特征自注意力机制

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转台-陀螺飞轮标定系统误差灵敏度分析方法

兵器装备工程学报 2023年第1期44卷 168-174页

作者：赵昱宇李冠璁崔家山王雨潇中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 西安电子科技大学空间科学与技术学院西安710126

陀螺飞轮是一种适用于微小航天器的新型姿态测控一体化装置,利用转台对其进行多位置标定是提高其测量性能的主要途径。为保证标定精度,从陀螺飞轮标定原理和标定误差来源出发,全面考虑转台自身定位误差、轴线回转误差、垂直度误差、相... 详细信息

陀螺飞轮是一种适用于微小航天器的新型姿态测控一体化装置,利用转台对其进行多位置标定是提高其测量性能的主要途径。为保证标定精度,从陀螺飞轮标定原理和标定误差来源出发,全面考虑转台自身定位误差、轴线回转误差、垂直度误差、相交度误差、以及转台与陀螺飞轮间安装误差等因素的影响,基于多体系统理论推导了多误差因素作用下的误差传递机理,在此基础上,基于Sobol法分析了全局误差灵敏度,得到了各误差因素对标定基准量影响程度的定量分析结论,实现了关键误差溯源。分析结果为有针对性提升标定系统关键误差指标及标定试验的优化设计提供了理论依据。

关键词：陀螺飞轮转台多位置标定误差传递误差灵敏度

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棉秆粉碎及地膜随动集条机设计与试验

农业工程学报 2022年第9期38卷 1-11页

作者：谢建华洪佳曹肆林张毅赵昱宇张雁鸿郭俊先新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆智能农业装备重点实验室乌鲁木齐830052

针对现有残膜回收机在棉田残膜回收过程中存在边膜回收难、回收残膜含杂率高的问题以及后续残膜捡拾打包运输的需要,该研究根据棉秆和残膜处理分段作业要求设计了一种棉秆粉碎及地膜随动集条机,可完成棉秆粉碎还田及残膜集条作业。将粉... 详细信息

针对现有残膜回收机在棉田残膜回收过程中存在边膜回收难、回收残膜含杂率高的问题以及后续残膜捡拾打包运输的需要,该研究根据棉秆和残膜处理分段作业要求设计了一种棉秆粉碎及地膜随动集条机,可完成棉秆粉碎还田及残膜集条作业。将粉碎的棉秆被抛送至集条装置后方侧面交接行,解决了现有秸秆粉碎残膜回收联合作业时存在棉秆与残膜同时被捡拾的问题。以机具前进速度、秸秆粉碎刀轴中心离地高度和指盘入土深度为主要因素,以地膜集条率、秸秆粉碎长度合格率和残膜含杂率为响应值,进行三因素三水平二次回归试验,得到各指标的响应面数学模型,分析了各因素对作业效果的影响。结果表明,机具前进速度对地膜集条率影响极显著,指盘入土深度影响显著,秸秆粉碎刀轴中心离地高度无显著影响;机具前进速度和秸秆粉碎刀轴中心离地高度对秸秆粉碎长度合格率影响极显著,指盘入土深度无显著影响;机具前进速度和指盘入土深度对残膜含杂率影响极显著,秸秆粉碎刀轴中心离地高度影响显著。验证试验结果表明,机具前进速度为5 km/h、秸秆粉碎刀轴中心离地高度为340 mm和指盘入土深度为60 mm时,地膜集条率为94.5%,秸秆粉碎长度合格率为96.5%,残膜含杂率为20.2%,作业性能满足要求。研究结果可为棉秆粉碎及地膜随动集条机最佳工作参数的选择提供参考。

关键词：农业机械设计试验秸秆粉碎边膜集条

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陀螺飞轮信号的EMD/LPF混合去噪方法

哈尔滨工业大学学报 2020年第4期52卷 1-6页

作者：赵昱宇赵辉霍鑫姚郁哈尔滨工业大学航天学院

为提高陀螺飞轮系统的标定与辨识精度进而保证姿态测量性能,对其信号去噪方法进行研究以便从复杂噪声中提取标定辨识所需的有用信息.首先基于噪声产生机理对陀螺飞轮信号的噪声特性进行分析.其次,在不影响信号低频特性的前提下,采用传... 详细信息

为提高陀螺飞轮系统的标定与辨识精度进而保证姿态测量性能,对其信号去噪方法进行研究以便从复杂噪声中提取标定辨识所需的有用信息.首先基于噪声产生机理对陀螺飞轮信号的噪声特性进行分析.其次,在不影响信号低频特性的前提下,采用传统低通滤波(LPF)方法对信号进行预处理以抑制高频周期噪声.然后应用经验模态分解方法(EMD)对LPF预处理后的信号进行分解,根据信号和各模态分量的概率密度函数的相似性度量,给出一种模态判定准则.在此基础上,结合现有阈值滤波方法,提出一种EMD/LPF混合去噪方案.结果表明:所提出的基于相似性度量的模态判定准则在不同信噪比条件下均能够实现分界点的准确判定;将所研究的去噪方法分别应用于标准测试信号和陀螺飞轮实测信号;所提出的混合去噪方法相比于现有去噪方法更为有效.

关键词：陀螺飞轮信号去噪经验模态分解本征模态函数巴氏距离

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仿形起膜机构的设计与试验

农机化研究 2023年第4期45卷 211-215,220页

作者：洪佳谢建华马卫彬张毅史增录赵昱宇新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052

边膜上覆盖的土壤在作物生长过程中受到侵蚀与边膜发生粘连,致使边膜难以回收。为提高边膜回收率,采用环节动物结构设计了一种仿形起膜机构。通过ANSYS Workbench对仿形起膜机构进行静力学分析,仿真结果显示:随着入土角增大,仿形起膜机... 详细信息

边膜上覆盖的土壤在作物生长过程中受到侵蚀与边膜发生粘连,致使边膜难以回收。为提高边膜回收率,采用环节动物结构设计了一种仿形起膜机构。通过ANSYS Workbench对仿形起膜机构进行静力学分析,仿真结果显示:随着入土角增大,仿形起膜机构的变形和所受应力逐渐增大,最大变形是0.65mm,出现在安装立柱的底部位置;最大应力是171.55MPa,出现在安装立柱中部位置。以机具行进速度、机构入土深度、机构入土角度为试验因素,起边膜率和破土率为试验指标,进行了三因素三水平响应面试验,分析了各因素对试验指标的显著性。运用Design—Expert软件确定了最佳工作参数为机具行进速度1.0m/s、机构入土深度60mm、机构入土角度14°,在此参数下进行试验,起边膜率为93.4%,破土率为94.7%。

关键词：起膜机构仿形仿真响应面试验

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导向伸缩式残膜捡拾装置设计与试验

中国农机化学报 2023年第11期44卷 14-20页

作者：赵昱宇谢建华曹肆林赵维松张雁鸿周金豹新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐市830052 新疆智能农业装备重点实验室乌鲁木齐市830052 新疆农垦科学院机械装备研究所新疆石河子832000 农业农村部南京农业机械化研究所南京市210014

针对传统伸缩杆齿式残膜捡拾装置可靠性差、捡拾率低、缠膜率高等问题,基于定心直动滚子凸轮机构,设计一种导向伸缩式残膜捡拾装置。根据残膜捡拾的工作要求对捡拾装置关键部件进行设计,确定残膜捡拾装置中凸轮导轨盘、拾膜滚筒以及弹... 详细信息

针对传统伸缩杆齿式残膜捡拾装置可靠性差、捡拾率低、缠膜率高等问题,基于定心直动滚子凸轮机构,设计一种导向伸缩式残膜捡拾装置。根据残膜捡拾的工作要求对捡拾装置关键部件进行设计,确定残膜捡拾装置中凸轮导轨盘、拾膜滚筒以及弹齿轴总成的主要结构参数。为验证捡拾装置作业性能,以机具前进速度、拾膜滚筒转速、弹齿入土深度为试验因素,以拾膜率和缠膜率为试验指标开展正交试验。试验结果表明:影响拾膜率和缠膜率的因素主次顺序均为拾膜滚筒转速、弹齿入土深度、机具前进速度,较优参数组合为拾膜滚筒转速55 r/min、弹齿入土深度40 mm、机具前进速度4 km/h。在较优参数组合下进行田间验证试验,结果表明,拾膜率为88.87%,缠膜率为1.51%,满足残膜回收作业要求,为导向伸缩式残膜捡拾装置的结构设计、优化提供参考。

关键词：残膜回收捡拾装置凸轮导轨盘弹齿轴总成正交试验